纳米改性聚氨酯胶粘剂原材料与配方

纳米改性变压器油作为一种新型的绝缘材料，给传统的油纸复合绝缘结构带来了新的突破。一方面它可以显著改善油纸绝缘结构的散热性能，有效地解决绝缘材料的热老化问题;另一方面，纳米颗粒的引入还可以提高变压器油的绝缘特性。 国内外的研究状况为基础，从交直流耐压、冲击特性、抗老化、抗水分以及纳米油一纸交互作用等方面对纳米改性油的性能进行总结，介绍适用于纳米改性油击穿特性解释的3种理论模型。然而纳米改性变压器油还是一个全新的领域，针对它的研究还比较少，不管是在理论解释还是在绝缘特性上都有许多问题需要深入探索，具体叙述如下:

1)纳米材料体系的选择。理论上讲，绝大部分固体材料都可以提高纳米流体的导热性能，例如金属材料、绝缘材料、半导体材料等。但是纳米颗粒的引入必须考虑到纳米油作为绝缘材料实际使用的这一要求，而不能仅仅追求散热能力的提高。对于纳米改性变压器油的评价标准将是电气耐压特性、抗老化特性、稳定性和散热性等多种因素的综合，所以改性纳米颗粒材料体系的筛选将是当前以及今后一个长期存在的问题。

2)纳米改性变压器油的稳定性是其作为绝缘

材料运用的必备条件。在纳米流体中，纳米粒子很容易聚集形成团聚体，在重力的作用下缓慢沉降，这样会使纳米流体性能逐步退化，甚至造成微管堵塞、热导率降低。克服颗粒团聚，保持流体稳定性的有效手段是对颗粒进行表面处理，一般为通过分散剂改善颗粒表面活性。但是利用化学试剂表面改性往往会破坏改性油的电气特性和老化特性，因此寻找合适的改性变压器油的制备工艺，保证改J陛油的稳定性与其他性能的平衡，将是纳米改性变压器油研究过程中的主要问题 。

3)国内外针对纳米改性变压器油开展的研究还比较少，而关于改性油独特性能的理论解释更仅仅处于开始阶段，很大程度上还依赖于固体聚合物中纳米改性的相关理论。在今后的研究中，除了关注不同材料体系和制备方法对纳米改性油传热、电气等方面性能的影响之外，纳米颗粒对变压器油的改性机理将是另一个研究重点。2100433B

由于其高散热性和独特的电气性能，正受到越来越广泛的关注。以近年来纳米改性变压器油的相关研究成果为基础，分析了纳米改性变压器油在导热、击穿、老化、抗水分影响以及改性油一纸相互作用等方面的特点，并介绍了常用的三种用于解释绝缘油介质中纳米颗粒改性机理的理论模型，最后提出了纳米改性变压器油领域后续研究需要关注的问题，即纳米颗粒材料体系的选择、高稳定性改性变压器油的制备工艺以及纳米颗粒对变压器油的改性机理。

随着电网系统的快速发展，电压等级和传输容量不断提升，这不仅使得电力设备的体积和重量持续增加，同时也降低了设备的安全可靠性。调查显示，20052010年间我国因输变电设备故障导致的电网停电事故占当年总事故的37%-48%，居故障起因第一位。油纸绝缘作为一种较为成熟的绝缘技术，在电力设备中受到广泛运用，但随着服役年限的增加，在电、磁、机械等多重物理场的作用下，油纸绝缘结构暴露出了越来越严重的综合老化问题，尤其是由材料发热引起的热老化 .

为了解决油纸绝缘结构的散热问题，1995年纳米微粒首次被添加到变压器油中形成纳米流体，以提高绝缘结构自身的散热能力。C.Choi等的研究表明在变压器油中添加体积分数为0.5%的A1N纳米颗粒，可将油流体的热导率提高8%，整体热效率提高20%。纳米改性变压器油是指在变压器油中添加纳米颗粒，并形成稳定的悬浮胶体，这些粒子的平均直径为几到几十纳米，比变压器油中常见微粒小2到3个数量级。纳米改性变压器油最开始是以纳米磁流体(magnetic nanofluids)作为研究对象，即添加Fe304等铁磁性纳米材料，但研究显示铁磁性纳米油流体的稳定性和击穿特性受外部磁场的影响较大，并不适用于变压器等油纸绝缘结构的电力设备。在后续的相关研究中，半导体材料和绝缘材料逐渐被作为改性纳米材料添加到变压器油中。同时，流体基液也由矿物变压器油发展到植物变压器油。国内外各项研究结果表明，通过纳米材料改性的变压器油在导热性、电气特性和抗老化等方面都具有较明显的提高。

聚氨酯胶粘剂的多样性为许多粘接难题都准备了解决的方法，且特别适用于其他类型胶粘剂不能粘接或粘接有困难的地方。

此外，聚氨酯胶粘剂还具有韧性可调节、粘合工艺简便、极佳的耐低温性能以及优良的稳定性等等特性。正是由于聚氨酯胶粘剂这种优良的粘接性能和对多种基材的粘接适应性，使其应用领域不断扩大，在国内外近年来成为发展最快的胶粘剂。

1、汽车用聚氨酯胶粘剂

新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料，造成汽车用胶粘剂和密封胶持续增长。在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维增强塑料和片状模塑复合材料的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。汽车内饰件也是胶粘剂用量增长的一个领域。在过去相当长的一段时间内，中国汽车制造业一直从国外进口聚氨酯挡风玻璃胶，直到“八五”期间，研制开发这种胶才被列入国家重点科技攻关项目。汽车上应用广泛的水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。大多数水性聚氨酯是线性热塑性聚氨酯，由于其涂膜没有交联，分子质量较低，因而耐水性、耐溶剂性、胶膜强度等性能还较差，必须对其进行改性，以提高其性能。聚酯和丙烯酸的杂和分散体与脲二酮和异氰脲酸酯配合，制备的汽车修补清漆，不需要高速搅拌设备，容易混合在一起，具有良好的粘附性能。

2、木材用聚氨酯胶粘剂

随着世界性森林资源急剧减少和中国天然林资源保护工程的实施，小木材拼大板就要求胶粘剂粘接强度和耐久耐候等性能优于木材本身。胶粘剂用量的多少，已成为衡量木材工业技术发展水平的标志。过去人们用的木材胶粘剂多为以甲醛为主要原料的脲醛树脂，酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，但由于游离的甲醛存在，产品使用期间会逐渐向周围散发甲醛气体，造成环境污染。木材加工行业已开始将目光投向新型的环保胶粘剂聚氨酯胶，以期减少对环境的污染。木工行业使用的单组分湿气固化聚氨酯胶粘剂是液态的，在室温下使用。通常其粘接强度高、柔韧性和耐水性好，并能和许多非木基材(如纺织纤维、金属、塑料、橡胶等)粘接。单组分聚氨酯胶粘剂在测试中所表现出的干、湿强度均要好于酚醛胶粘剂。粘接前，在粘接基材表面涂布羟甲基间苯二酚(HMR)偶合剂可以提高粘接强度， HMR可以加强所有热固型木材胶粘剂的粘接强度。当木材表面预涂HMR偶合剂时，单组分聚氨酯胶粘剂的强度和耐久性可以满足大部分严格的测试要求。

3、鞋用聚氨酯胶粘剂

中国是一个制鞋大国，鞋用胶粘剂的发展经历3代后，随着全球性环保意识的提高，以及石油危机的加剧，促使第4代环保无溶剂型和水基型鞋用粘胶剂的出现。水性聚氨酯的制备工艺已日趋成熟。对于一些低极性鞋材如SBS等材质的粘接，聚氨酯胶粘剂的剥离强度达不到要求。通过添加增粘树脂等进行改性，可开发出具有结晶度高、结晶速度快、内聚强度大和剥离强度较理想的聚氨酯鞋用胶粘剂。

4、包装用聚氨酯胶粘剂

软包装又称软罐头，以其轻质方便、保鲜期长、卫生、易贮存运输、易拆开、垃圾量少及货架效应良好等独特的综合性能，现已超过硬包装如塑料、玻璃瓶和罐等。聚氨酯胶粘剂由于其优异的性能，可将不同性质的薄膜材料粘接在一起得到耐寒、耐油、耐药品、透明、耐磨等各种性能的软包装用复合薄膜。在国内外市场中，聚氨酯胶粘剂已经成为软包装用复合薄膜加工的主要胶粘剂。在国内胶粘剂市场中，包装用复合薄膜制造业中，聚氨酯胶粘剂用量仅次于制鞋业而居第二位。用于包装的聚氨酯胶粘剂品种繁多，如水基聚氨酯胶粘剂、热熔型聚氨酯胶粘剂、溶剂型聚氨酯胶粘剂、无溶剂型聚氨酯胶粘剂。其中常用的聚氨酯热熔胶又可分为2类：1)热塑性聚氨酯弹性体热熔胶：2)反应型热熔胶。热塑性热熔胶的主要缺点是粘度较高，故对涂布表观质量的影响较大。反应型聚氨酯热熔胶粘剂是在传统热熔胶基础上发展起来的一类新型胶粘剂，它不仅有传统热熔胶初粘性好和后固化性能优的特点，又具有聚氨酯的组成结构多变和性能调节范围大的优点，对多种基材具有优良的粘接性能。另外，在包装用水性聚氨酯胶方面，由于乳化剂的使用或分子中亲水性离子基团的引入，使其耐水性降低，对提高其耐水性的研究已成为热点。同时由于水的热容较大，故如何提高其固含量从而提高其干燥速度，也是当下亟待解决的问题之一。

5、建筑用聚氨酯胶粘剂

聚氨酯胶粘剂除具有无毒、无污染、使用方便等优点，还具有其它胶粘剂无法比拟的优点，即优良的耐低温、耐溶剂、耐老化、耐臭氧及耐细菌性能，在建筑铺装材料的应用中发挥着重要作用。广泛应用于弹性橡胶地垫、硬质橡胶地砖和铺设塑胶跑道运动场中。新型双组分聚氨酯胶粘剂突破传统胶粘剂剪切强度与剥离强度的矛盾，可使两者同时达到较高使用强度，在建筑用钢板的粘接中体现出优异的性能，粘接牢固且不易产生形变，而且室温可调固化速度，使该聚氨酯胶在使用上方便易行，应用广泛。聚氨酯胶粘剂在建筑用PVC材料粘接，夹心板生产以及建筑防水涂料中都得到广泛使用。

6、油墨用聚氨酯粘接剂

水性油墨被列为环境友好型印刷首选。常温交联水性聚氨酯胶粘剂可制得适合凹版印刷的单组分聚氨酯水性油墨，该水性油墨高光耐水、强附着、干性可调、色彩鲜艳、层次清晰、无毒不燃、耐侯、粘稠易控 ，与其它水性油墨相比，对各种承印物材料具有广泛的适应性。聚氨酯- 聚丙稀酸酯作为水性油墨的连接料，在油墨薄膜印刷品干燥过程中，综合了聚氨酯胶粘剂和聚丙烯酸酯的性能，由此改性得到的乳液对薄膜也具有较好的附着牢度。

彩印行业所用的基膜主要有聚酯膜、尼龙膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜等几种，选择油墨的关键在于其应对这几种基膜均具有良好的附着力。使用分子中含有羟基的氯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物与大分子二元醇、小分子扩链剂、甲苯二异氰酸酯共同反应，可制得的新型聚氨酯胶粘剂，能有效地提高彩印油墨的品质。

7、书籍装订用聚氨酯胶粘剂

近20年来，在书籍装订中，热熔胶的应用已经获得了迅猛发展。其原因主要是低价平装书生产有了惊人的增长，与此同时产生了无线装订工艺，由于EVA热熔胶具有很好的粘接性和弹性，国内市场上使用的书籍装订热熔胶绝大部分为EVA型热熔胶。但EVA型热熔胶价格昂贵，而且EVA型热熔胶具有记忆性等缺点。聚氨酯热熔胶则可弥补以上缺陷，该胶粘剂生产工艺简单，成本低廉，胶粘剂的弹性、韧性好，粘接强度高，胶粘剂可以反复熔化使用，产品利用率高，具有更广阔的应用前景。

8、 铁路建设上的应用

无砟轨道铺设（高铁工程技术的发展方向）用胶将以国产聚氨酯胶粘剂产品为主,单轨每5米嵌入一个凸型挡台,每个挡台两边各需灌注聚氨酯胶粘剂约17.8kg,每公里双轨无砟轨道建设需聚氨酯灌封胶粘剂7吨以上。除了在铁路铺设方面外，高速列车的生产对于聚氨酯胶粘剂的使用需求也大大增加，聚氨酯在车辆上承担着玻璃粘接、地板粘接、嵌缝填充、密封防水等各种必不可少的作用，在车辆上，按照动车组CRH3为基础，单节车厢用聚氨酯胶约84.07L折算约合为109.3Kg，主要应用于车窗玻璃的粘接密封及部分填充部位的密封。

9、其它

聚氨酯胶粘剂由于其优异的粘接特性，在航天器材的粘接、文物保护与修复、军工产业、文具用品、医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。

聚氨酯胶粘剂以其优异的性能广泛应用于各个领域，日渐成为人类生活中重要的合成材料。世界聚氨酯胶粘剂工业正向适应环境保护、安全卫生、资源回收等方向发展。中国聚氨酯胶粘剂工业也显示了较快的增长势头，技术开发也取得了很大的进展。随着聚氨酯用途的逐渐拓展和人类环保意识的不断增强。 聚氨酯胶黏剂会扮演越来越重要的角色。